DE19546515C2

DE19546515C2 - Verfahren zum Bilden von stabilen bimodalen Emulsionen

Info

Publication number: DE19546515C2
Application number: DE19546515A
Authority: DE
Inventors: Felix Silva; Hercilio Rivas; Gustavo Nunez; Dolores Pasos
Original assignee: Intevep SA
Current assignee: Intevep SA
Priority date: 1994-12-13
Filing date: 1995-12-13
Publication date: 2000-07-27
Anticipated expiration: 2015-12-14
Also published as: IT1281042B1; GB2295972A; CA2164902C; ITTO950937A0; JP2749544B2; CA2164902A1; KR960022959A; FR2727874B1; DK175954B1; DE19546515A1; KR0152718B1; NL1001869A1; GB2295972B; ES2121674A1; GB9523195D0; ITTO950937A1; FR2727874A1; BR9505716A; JPH08225744A; RU2091444C1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Bildung von Emulsionen von viskosem Kohlenwasserstoff in wässriger Pufferlösung, und genauer ein Verfahren für die Herstellung von stabilen bimodalen Emulsionen von viskosem Kohlenwasserstoff in wässriger Pufferlösung, die als Ver brennungskraftstoffe benutzt werden.

Viskose Kohlenwasserstoffe niedriger Dichte werden in gro ßen Mengen in Kanada, Rußland, den Vereinigten Staaten, China und Venezuela gefunden und sind normalerweise Flüs sigkeiten mit Viskositäten im Bereich von 10.000 [mPa.s] bis mehr als 500.000 [mPa.s] bei Umgebungstemperaturen. Derartige Kohlenwasserstoffe werden typischerweise durch zahlreiche Methoden hergestellt, einschließlich Dampfinjektion, mechanisches Pumpen, bergbautechnische Verfahren und Kombi nationen dieser Methoden.

Einmal hergestellt, sind derartige Kohlenwasserstoffe nütz lich als Verbrennungskraftstoff, sobald sie entsalzt und dehydriert sind und zum Entfernen anderer ungewünschter Be standteile behandelt wurden. Als flüssige Kraftstoffe sind allerdings solche Kohlenwasserstoffe für einen praktischen Gebrauch zu viskos. Daher werden derartige viskose Kohlen wasserstoffe als Kohlenwasserstoff-in-Wasser-Emulsionen hergestellt, die verbesserte Viskositäts- und entsprechend verbesserte Flußeigenschaften aufweisen. Wenn sie mit einem hohen Kohlenwasserstoffmaterial-zu-Wasser-Verhältnis gebil det werden, sind diese Emulsionen ein hervorragender Ver brennungskraftstoff. Allerdings ist die Emulsion nicht stabil und zerbricht schnell, wenn sie nicht mit oberflä chenaktiven Stoffen oder Emulgierstoffen stabilisiert wird. Leider sind handelsübliche Emulgierstoffe teuer, wodurch sich die Kosten der Emulsion erhöhen. Diese zusätzlichen Kosten beeinflussen daher offensichtlich die Einsetzbarkeit bzw. Benutzbarkeit von viskosen Kohlenwasserstoffen zum Bilder von Verbrennungskraftstoffemulsionen in nachteiliger Weise.

Es ist bekannt, daß viskose Kohlenwasserstoffe auf natürli che Weise Materialien enthalten, die potentiell oberflä chenaktive Stoffe sind. Es wäre daher natürlich wünschens wert, derartige Stoffe so zu aktivieren, daß sie natürliche oberflächenaktive Stoffe werden und die Emulsion stabili sieren, ohne daß zusätzliche Kosten von handelsüblichen Emulgierstoffen notwendig werden, wodurch eine prakti kablere Alternative zur Benutzung von viskosen Kohlenwas serstoffen beim Bilden von Verbrennungskraftstoffemulsionen geschaffen wäre. Alle natürlich in viskosen Kohlenwas serstoffen enthaltenen Materialien, die potentielle ober flächenaktive Stoffe sind, weisen verschiedene Karbonsäu ren, Ester und Phenole auf, die, in einer basischen pH-Um gebung, als natürliche oberflächenaktive Stoffe aktiviert werden können. Natriumhydroxid wurde als Additiv benutzt, um den richtigen pH-Wert zu schaffen. Allerdings ist Na triumhydroxid nicht in der Lage, den pH-Wert der wässrigen Phase konstant zu halten, so daß der korrekte pH-Wert, der aktivierte oberflächenaktive Stoff und die Emulsion selbst alle kurzlebig sind.

Aus der DE 43 45 040 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung der Emulsion eines viskosen Kohlenwasserstoffes bekannt; ebenso aus der DE 42 40 396 A1.

Diese Druckschriften offenbaren insbesondere ein Verfahren zum Bilden einer mono-modalen sowie einer bimodalen Emul sion. Zur Bildung einer mono-modalen Emulsion werden vis kose Kohlenwasserstoffe, die inaktive natürliche oberflä chenaktive Stoffe enthalten, mit einer Pufferlösung ge mischt, wobei das Verhältnis des viskosen Kohlenwasser stoffes zur wässrigen Pufferlösung mindestens 50 : 50 be trägt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannten Verfahren aus dem Stand der Technik zu verbessern, wobei insbesondere bimodale Emulsionen mit geringerem Aufwand, speziell geringerem Energieaufwand, hergestellt werden sol len, und wobei derartige bimodale Emulsionen dann besonders geeignet als Verbrennungskraftstoffe einsetzbar sein sol len.

Die Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die vorliegende Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Bilden von stabilien mono-modalen oder bimodalen Emulsionen, be vorzugt von bimodalen Emulsionen, von viskosen Kohlenwas serstoffen in wässrigen Pufferlösungen. Erfindungsgemäß wird ein einen inaktiven oberflächenaktiven Stoff aufwei sender viskoser Kohlenwasserstoff mit einer wässrigen Puf ferlösung unter kontrollierten Bedingungen gemischt, so daß eine mono-modale Emulsion gebildet wird. Die wässrige Puf ferlösung umfaßt Wasser, ein alkalisches Additiv in einer Menge größer oder gleich etwa 30 ppm sowie ein Pufferaddi tiv in einer Menge größer oder gleich etwa 4.000 ppm, wo bei der pH-Wert der wässrigen Pufferlösung größer oder gleich etwa 11 ist. Der viskose Kohlenwasserstoff wird mit der wässrigen Pufferlösung mit einer Mischenergie gemischt, die ausreichend ist, um eine mono-modale Emulsion des vis kosen Kohlenwasserstoffs in wässriger Pufferlösung zu bil den, wobei die durchschnittliche Kohlenwasserstoff-Tropfen größe (Tröpfchengröße) in der mono-modalen Emulsion weniger oder gleich 5 µm beträgt. Das Pufferadditiv in der wässrigen Pufferlösung extrahiert den inaktiven, natürli chen oberflächenaktiven Stoff aus dem viskosen Kohlenwas serstoff, so daß die mono-modale Emulsion stabilisiert wird. Eine bimodale Emulsion kann dann erfindungsgemäß her gestellt werden, indem die mono-modale Emulsion verdünnt wird und danach zusätzlicher viskoser Kohlenwasserstoff mit der verdünnten mono-modalen Emulsion gemischt wird, bei einer bevorzugten Mischrate, die ausreichend ist, um eine stabile bimodale Emulsion des viskosen Kohlenwasserstoffs in der wässrigen Pufferlösung zu bilden. Erfindungsgemäß ist die sich ergebende bimodale Emulsion eine stabile Emul sion mit einem Verhältnis von Kohlenwasserstoff zu wässri ger Pufferlösung von zwischen etwa 60 : 40 bis 80 : 20, einer durchschnittlichen kleinen Kohlenwasserstoff-Tröpf chengröße (D_S) kleiner oder gleich etwa 5 µm sowie einer durchschnittlichen großen Kohlenwasserstoff-Tröpf chengröße (D_L) von kleiner als oder gleich etwa 30 µm.

Erfindungsgemäß ist das in der wässrigen Pufferlösung be nutzte Pufferadditiv ein wasserlösliches Amin, das in einer Konzentration von etwa zwischen bevorzugt 4000 ppm bis et wa 15 000 ppm vorliegt.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet das Herstellen von stabilen, bimodalen Emulsionen im Wege eines energiesparen den Verfahrens, das bislang bekannten Verfahren überlegen ist. Vorteilhaft werden insbesondere die in dem viskosen Kohlenwasserstoff vorhandenen natürlichen oberflächenakti ven Stoffe genutzt, um der Emulsion Stabilität zu verlei hen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den Figuren.

Fig. 1 ist ein Flußdiagramm mit dem Verfahren zum Herstel len von bimodalen Emulsionen gemäß der vorliegenden Erfin dung.

Fig. 2 ist eine Graphik mit der Tropfengröße-Verteilung, die erhalten wird, wenn eine monomodale und eine bimodale Emulsion gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden.

Fig. 3 ist eine Graphik, die den Einfluß der Mischenergie auf die Tröpfchengröße in einer monomodalen Emulsion zeigt, die erfindungsgemäß hergestellt ist, verglichen mit einem Verfahren aus dem Stand der Technik.

Fig. 4 ist eine Graphik zum Verdeutlichen des Einflusses der Mischenergie auf die Tröpfchengröße bei einer bimodalen Emulsion, die erfindungsgemäß hergestellt ist, im Vergleich mit einem Verfahren nach dem Stand der Technik.

Fig. 5 ist eine Graphik mit dem Einfluß der Mischenergie auf die Öl-Tröpfchengröße für eine monomodale Emulsion, die entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.

Fig. 6 ist eine Graphik mit dem Einfluß der Mischenergie auf die Öl-Tröpfchengröße für eine bimodale Emulsion, die entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Bildung von Emulsionen von viskosem Kohlenwasserstoff in wässriger Pufferlösung und, genauer gesagt, ein Verfahren für die Herstellung von bimodalen Emulsionen aus viskosem Kohlenwasserstoff in wässriger Pufferlösung, die als Ver wendungskraftstoffe benutzt werden.

Die natürlich vorkommenden viskosen Kohlenwasserstoffmate rialien, die nützlich in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können, sind durch die nachfolgenden che mischen und physikalischen Eigenschaften gekennzeichnet.

Tabelle 1 Charakteristika von viskosem Kohlenwasserstoff

Kohlenstoff	78-85%
Wasserstoff	9,0-11,0%
Schwefel	2,0-4,5%
Stickstoff	0,5-0,7%
Asche	0,05-0,3%
Sauerstoff	0,2-1,3%
V	50-1,000 ppm
Ni	20-500 ppm
Fe	50-60 ppm
Na	20-100 ppm
API-Dichte*	5,0-10,0
Gesamt-Säurezahl (mg KOH/g)	2,5-3,8
Viskosität bei 23,33°C	90,000-150,000 mm²s^-1
Wärmeinhalt	6448,90-8168,50 KJ/kg
Asphaltene	9,0-15,0%

* spezifische Dichte (g/cm³) = 141,5/(API-Dichte + 131,5)

Diese natürlich vorkommenden viskosen Kohlenwasserstoffma terialien weisen inaktive oberflächenaktive Stoffe auf, einschließlich Carbonsäuren, Phenole und Ester, die, unter geeigneten Bedingungen, als oberflächenaktive Stoffe akti viert werden können.

Erfindungsgemäß wird ein Pufferadditiv in einer wässrigen Pufferlösung benutzt, um den inaktiven, natürlichen ober flächenaktiven Stoff in dem viskosen Kohlenwasserstoff zu extrahieren bzw. herauszuziehen, so daß eine stabilisierte Emulsion gebildet wird. Erfindungsgemäß weist die wässrige Pufferlösung Wasser, ein Alkaliadditiv sowie ein Pufferad ditiv auf, wobei der pH-Wert der wässrigen Pufferlösung so gesteuert (eingestellt) ist, daß er größer oder gleich etwa 11 beträgt. Das in der wässrigen Lösung eingesetzte Puffe radditiv ist ein wasserlösliches Amin. Wenn eine mono modale Emulsion gebildet wird, hat sich herausgestellt, daß das Pufferadditiv in einer Menge größer oder gleich 1.000 ppm vorliegen muß. Wenn allerdings eine bimodale Emulsion entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird, muß das Pufferadditiv in einer Menge von größer oder gleich 4.000 ppm vorliegen. Die Konzentration des Pufferad ditivs liegt bevorzugt zwischen 4.000 ppm und 15.000 ppm, und idealerweise zwischen 4.000 ppm und 10.000 ppm. Das wasserlösliche Amin kann eine einzige Alkylgruppe oder zu mindest zwei Alkylgruppen aufweisen. Besonders geeignete wasserlösliche Amine zur Benutzung in der vorliegenden Er findung sind die folgenden: Ethylamin, Diethylamin, Triethylamin, n-Butylamin, tri-Isobutylamin, Dimethylamin, Methylamin, Propylamin, Dipropylamin, sec-Propylamin (sekundäres Propylamin), Butylamin, sec-Butylamin (sekundäres Butylamin) sowie Mischungen davon.

Zusätzlich zum Pufferadditiv weist die wässrige Pufferlö sung ein Alkaliadditiv auf, in einer Menge von größer oder gleich 30 ppm, bevorzugt 30 ppm bis 500 ppm, und idealer weise 30 ppm bis 100 ppm. Die Benutzung des Alkaliadditivs in Verbindung mit dem Pufferadditiv führt zu einer synergi stischen Wirkung, wenn das erfindungsgemäße Verfahren ein gesetzt wird. Wenn das Alkaliadditiv und das Pufferadditiv gemeinsam benutzt werden, werden die Mischenergien, die zum Bilden von Emulsionen mit den gewünschten Tröpfchengrößen benötigt werden, deutlich vermindert. Besonders geeignete Alkaliadditive zur Benutzung in der wässrigen Pufferlösung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren schließen wasserlös liche Alkalimetallsalze, Erdalkalimetallsalze, Alkalihy droxide, Erdalkalihydroxide, Ammoniumsalze, Alkali-Ammoni um-Hydroxide sowie Mischungen davon ein. Besonders nützli che Alkaliadditive schließen Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Natriumnitrat, Kaliumnitrat, Natriumhydroxid, Kali umhydroxid, Kalziumnitrat, Kalziumchlorid, Magnesiumchlo rid, Magnesiumnitrat, Ammoniumchlorid, Ammoniumhydroxid, Tetra-Ammuonium-Hydroxid, Tetra-Propyl-Ammonium-Hydroxid so wie Mischungen davon ein.

Der viskose Kohlenwasserstoff wird dann mit der wässrigen Pufferlösung gemischt, bei einer Mischrate, die ausreichend zum Bilden einer mono-modalen Emulsion des viskosen Kohlen wasserstoffs in der wässrigen Pufferlösung ist, wobei die durchschnittliche Kohlenwasserstoff-Tröpfchengröße weniger oder gleich etwa 5 µm beträgt. Das Pufferadditiv in der wässrigen Pufferlösung extrahiert den inaktiven natürlichen oberflächenaktiven Stoff aus dem viskosen Kohlenwasserstoff zum Stabilisieren der Emulsion. Es hat sich herausgestellt, daß gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Mischenergie von zwischen 60 000 und 200 000 J/m³, bevorzugt 60 000 bis 150 000 J/m³ zum Bilden der mono-modalen Emulsion mit der gewünschten Öl-Tröpfchengröße benötigt wird.

Um eine bimodale Emulsion zu bilden, wird die mono-modale Emulsion durch Hinzufügen von Wasser verdünnt, und danach wird zusätzlicher viskoser Kohlenwasserstoff mit der ver dünnten mono-modalen Emulsion gemischt, bei einer Misch rate, die ausreichend ist, um eine stabile bimodale Emulsi on mit den folgenden physikalischen und chemischen Eigen schaften zu bilden. Ein Verhältnis von Kohlenwasserstoff zu wässriger Pufferlösung von zwischen 60 : 40 bis 80 : 40, eine durchschnittliche Größe der kleinen Kohlenwasser stofftröpfchen (D_S) von weniger oder gleich etwa 5 µm, eine durchschnittliche Größe der großen Kohlenwasserstoff tröpfchen (D_L) von weniger oder gleich etwa 30 µm, ein Verhältnis von (D_L) zu (D_S) von größer oder gleich etwa 4, bevorzugt größer oder gleich etwa 10, wobei 70 bis 90 Gew.-% des viskosen Kohlenwasserstoffs in der großen Tropfen größe (D_L) enthalten sind. Erfindungsgemäß hat sich heraus gestellt, daß die zum Erhalten der oben definierten bimo dalen Emulsion benötigte Mischenergie etwa zwischen 80.000 bis 1 Mio J/m³ liegt, bevorzugt zwischen 80.000 bis 800.000 J/m³. Die Viskosität der resultierenden bimodalen Emulsion ist weniger oder gleich etwa 500 mPa.s bei 30°C and 1 S^-1 (internat. Einheit für Schergefälle).

Fig. 1 ist ein Schemadiagramm, daß das erfindungsgemäße Verfahren illustriert. Wie in Fig. 1 gezeigt, werden ein Wasser- sowie ein Pufferadditiv gemischt, so daß die wäss rige Pufferlösung gebildet wird. Bitumen wird dann der wässrigen Pufferlösung hinzugefügt und in einem Mischer einer ersten Stufe ("first stage mixer") gemischt, so daß eine monomodale Emulsion gebildet wird. Die monomodale Emulsion der ersten Stufe wird danach mit Wasser verdünnt, und zusätzliches Bitumen wird der verdünnten monomodalen Emulsion hinzugefügt. Die Mischung wird danach zu einer zweiten Stufe gebracht, wo Mischenergie übertragen bzw. eingebracht wird, so daß ein resultierendes bimodales Emul sionsprodukt gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet wird. Die Abkürzung HJPR in Fig. 1 bedeutet "high internal phase ratio", also ein hohes inneres Phasenverhältnis.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der folgenden Beispiele weiter illustriert bzw. erläutert.

Beispiel 1

Dieses Beispiel zeigt die Herstellung einer stabilen bimo dalen Emulsion von viskosem Kohlenwasserstoff in wässriger Pufferlösung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Eine wässrige Pufferlösung mit 7.000 ppm Ethylendiamin und 400 ppm NaOH mit einem pH-Wert von etwa 11 wurde herge stellt. Ein viskoser Kohlenwasserstoff-Bitumen mit den oben in Tabelle I dargestellten Eigenschaften wurde auf etwa 70°C erwärmt und mit der Pufferlösung in einem statischen Mischer gemischt, gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Verarbei tungsschema. Das Verhältnis von Bitumen zur wässrigen Puf ferlösung wurde auf 60 : 40 eingestellt. Der statische Mischer SMX 40 wurde mit ausreichend Mischelementen ausge wählt, so daß eine Mischenergie von etwa 80.000 J/m³ be reitgestellt wurde. Die resultierende mono-modale Emulsion aus der ersten Stufe besaß eine Partikelgrößeverteilung, die in Fig. 2 gezeigt ist. Die durchschnittliche Partikel größe betrug weniger als 2 µm mit einem Verhältnis von Bi tumen zu wässriger Pufferlösung von 60 : 40. Die monomodale Emulsion wurde mit Wasser verdünnt, so daß eine Bitu men : verdünnte wässrige Pufferlösung von etwa 40 : 60 erhal ten wurde. Die verdünnte Emulsion wurde mit zusätzlichem Bitumen bei 70°C in einem zweiten statischen Mischer so ge mischt, daß das Verhältnis von Bitumen zu verdünnter Emul sion eine 80 : 20 Emulsion erreicht. Der statische Mischer (Mixer) wurde mit so vielen Mischelementen ausgewählt, daß er eine Mischenergie von etwa 300.000 J/m³ bereitstellt. Die aus dem zweiten statischen Mischer austretende Emulsion weist die bimodale Tropfengrößeverteilung auf, die in Fig. 2 gezeigt ist. Der durchschnittliche Durchmesser der Menge der großen Tropfen weist einen Wert von etwa 20 µm auf, während der durchschnittliche Durchmesser der Menge der kleinen Tropfen einen Wert von etwa 2 µm besitzt. Die Viskosität dieser Emulsion betrug etwa 450 mPa.s bei 30°C und 1 S^-1 (internat. Einheit für Schergefälle).

Beispiel 2

Dieses Beispiel demonstriert die synergistische Wirkung des Alkaliadditivs und des Pufferadditivs auf die Mischenergie, die benötigt wird, um den gewünschten durchschnittlichen Tropfendurchmesser zu erhalten.

Emulsionen wurden unter Benutzung verschiedener Mengen von Alkali- und Pufferadditiven zum Aktivieren der natürlichen oberflächenaktiven Stoffe im Bitumen präpariert. Das Bitu men und die Pufferlösung wurden mit einem Bitumen-zu-Puf ferlösung-Verhältnis von 60 : 40 unter Benutzung eines Mischers mit einer Mischenergie von 120.000 J/m³ gemischt. Die Ergebnisse der Tropfengröße, die in der resultierenden mono-modalen Emulsion erhalten wurden, sind nachfolgend in der Tabelle II gezeigt.

Tabelle II

Eine kleinere Tropfengröße wird mit derselben Mischenergie erhalten, wenn die Pufferlösung benutzt wird, die sowohl das Pufferadditiv als auch das Alkaliadditiv enthält, im Vergleich mit denen, die die Pufferlösung mit einem der Ad ditive allein benutzt.

Beispiel 3

Dieses Beispiel zeigt die Wirkung der Mischenergie auf die Bildung der bimodalen Emulsion entsprechend dem erfindungs gemäßen Verfahren.

Die Emulsionen wurden wie in Beispiel 1 beschrieben präpa riert, mit der Ausnahme, daß ein dynamischer Mischer ("dynamic mixer") benutzt wurde, um die gewünschte Misch energie in die Mischung an den Stufen 1 und 2, wie in Fig. 1 gezeigt, einzubringen. Zur Kontrolle wurde eine bimodale Emulsion gemäß US 4,776,977 präpariert, unter Benutzung desselben Mischers. Die Ergebnisse sind in den Fig. 3 und 4 gezeigt.

Wie aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, benötigt das erfin dungsgemäße Verfahren deutlich weniger Energie zum Bilden einer Emulsion mit gleicher Partikelgröße. Für die Emulsion mit kleiner Partikelgröße benötigte das neue Verfahren 60 mal weniger Energie als in dem Verfahren gemäß US 4,776,977 benötigt. Ein vergleichbares Ergebnis wurde bei der Bildung einer Emulsion mit Tropfen großen Durchmessers erzielt, wobei das Verfahren aus dem Stand der Technik bzw. das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wurden. Mehr als das Zehnfache an Energie wurde zum Erhalten einer Emulsion mit gleicher durchschnittlicher Tropfengröße unter Benut zung eines oberflächenaktiven Stoffes nach dem Stand der Technik benötigt als beim erfindungsgemäßen Verfahren.

BEISPIEL 4

Dieses Beispiel zeigt den Einfluß der Mischenergie auf den durschnittlichen Tropfendurchmesser, der in Stufe 1 und Stufe 2 erhalten wird, für die Herstellung einer bimodalen Emulsion entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Die Emulsionen wurden wie in Beispiel 1 präpariert, unter Benutzung eines Sulzer statischen Mischers ("static mixer") Modell SMX40, welches mit einer verschiedenen Anzahl von Mischelementen versehen bzw. modifiziert werden kann. Die Anzahl von Mischelementen im statischen Mischer bestimmt die ausgeübte Mischenergie. Die Ergebnisse ergeben sich aus den Fig. 5 und 6. Es zeigt sich, daß in Stufe 1 ein stati scher Mischer, der etwa 60.000 J/m³ Mischenergie bereit stellt, zum Erhalten einer durchschnittlichen Tropfengröße unterhalb 3 µm notwendig ist. In der zweiten Stufe sind we niger als 300.000 J/m³ Mischenergie notwendig, um eine zweite Population mit einer durchschnittlichen Tropfengröße unter 30 µm zu erhalten.

BEISPIEL 5

Dieses Beispiel wurde aufgenommen, um die Herstellung einer mono-modalen Emulsion von Bitumen in wässriger Pufferlösung unter Benutzung von verschiedenen Aminen zu demonstrieren.

Mono-modale Emulsionen wurden wie in Beispiel 1 präpariert. Die Aminkonzentration wurde auf 9.000 ppm eingestellt, und 400 ppm von NaOH wurde der Pufferlösung zugeführt. Der pH- Wert der Pufferlösung betrug 11. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle III für verschiedene Pufferadditive gezeigt.

TABELLE III

Die Ergebnisse zeigen, daß eine Emulsion mit Partikelgrößen von weniger oder gleich 5 mit dem erfindungsgemäßen Verfah ren erhalten werden könnten, unter Benutzung verschiedener wasserlöslicher Pufferadditive.

BEISPIEL 6

Dieses Beispiel zeigt den Einfluß von verschiedenen Alka liadditiven auf die Bildung einer mono-modalen Emulsion.

Der in Beispiel 5 beschriebenen Prozedur wurde gefolgt. Verschiedene Pufferlösungen wurden unter Benutzung von 9.000 ppm Ethylendiamin, einem pH von 11 und verschiedenen Alkaliadditiven präpariert. Die Ergebnisse sind nachfolgend in Tabelle IV gezeigt.

TABELLE IV

Die Ergebnisse zeigen, daß Emulsionen mit Partikelgrößen unterhalb oder gleich 5 mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten werden konnten, unter Benutzung verschiedener was serlöslicher Alkaliadditive zusammen mit der Pufferlösung.

Claims

1. Verfahren zum Bilden von stabilen bimodalen Emulsionen von viskosen Kohlenwasserstoffen in wässrigen Puffer lösungen, mit den Schritten:

a) Bereitstellen eines viskosen Kohlenwasserstoffs, der einen inaktiven natürlichen oberflächenakti ven Stoff enthält;
b) Bilden einer wässrigen Pufferlösung mit Wasser, einem Alkaliadditiv in eine r Menge von größer oder gleich 30 ppm und einem wasserlöslichen Amin Pufferadditiv in einer Menge von größer oder gleich 4.000 ppm, wobei der pH-Wert der wässrigen Pufferlösung größer oder gleich 11 ist;
c) Mischen des viskosen Kohlenwasserstoffs mit dem wässrigen Puffer in einem Verhältnis von zwischen 50 : 50 bis 80 : 20 mit einer ersten Misch energie zwischen 60000 und 200000 J/m³, so daß eine mono-modale Emulsion von viskosem Koh lenwasserstoff in wässriger Pufferlösung mit ei ner durchschnittlichen Kohlenwasserstoff-Trop fengröße von weniger oder gleich 5 µm gebildet wird, wobei das Pufferadditiv den inak tiven natürlichen oberflächenaktiven Stoff aus dem viskosen Kohlenwasserstoff zum Stabilisieren der Emulsion extrahiert;
d) Hinzufügen von Wasser zu der mono-modalen Emul sion zum Bilden einer verdünnten mono-modalen Emulsion; und
e) Mischen von zusätzlichem viskosen Kohlenwasser stoff mit der verdünnten mono-modalen Emulsion mit einer zweiten Mischenergie zwischen 80 000 und 1 000 000 J/m³, die ausreichend ist, um eine stabile bi-modale Emulsion von viskosem Kohlenwasserstoff in wässriger Pufferlösung zu schaffen, welche die folgenden physikalischen und chemischen Eigenschaften aufweist: ein Verhältnis von Kohlenwasserstoff zu wässriger Pufferlösung von zwischen 60 : 40 bis 80 : 20; eine durchschnittliche kleine Kohlenwasserstofftrop fengröße (D_S) von kleiner oder gleich 5 µm sowie eine durchschnittliche große Kohlen wasserstofftropfengröße (D_L) von kleiner oder gleich 30 µm und größer als die durch schnittliche kleine Kohlenwasserstofftropfengröße (D_S).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Puffers zwischen 4.000 ppm und 15.000 ppm liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Puffers zwischen 4.000 ppm und 10.000 ppm liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserlösliche Amin eine ein zelne Alkylgrupe aufweist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserlösliche Amin mindestens zwei Alkylgruppen aufweist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserlösliche Amin aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ethylamin, Diethylamin, Triethylamin, n-Butylamin, Tri-Isobutylamin, Dimethy lamin, Methylamin, Propylamin, Dipropylamin, Sec-Pro pylamin, Butylamin, Sec-Butylamin sowie Mischungen da von besteht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkaliadditiv der wässrigen Pufferlösung in einer Menge zwischen 30 ppm und 500 ppm zugeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkaliadditiv der wässrigen Pufferlösung in einer Menge von zwischen 30 ppm und 100 ppm zuge führt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkaliadditiv aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus wasserlöslichen Alkalimetall salzen, Erdalkalimetallsalzen, Alkalihydroxiden, Erdalkalihydroxiden, Ammoniumsalzen, Alkyl-Ammonium- Hydroxiden sowie Mischungen davon besteht.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkaliadditiv aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Natriumnitrat, Kaliumnitrat, Natriumhydroxid, Kalium hydroxid, Kalziumnitrat, Kalziumchlorid, Magnesium chlorid, Magnesiumnitrat, Ammoniumchlorid, Ammonium hydroxid, Tetraammoniumhydroxid, Tetrapropylammoni umhydroxid sowie Mischungen davon besteht.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Tropfengrößenverhältnis von D_L zu D_S größer oder gleich 4 beträgt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Tropfengrößenverhältnis von D_L zu. D_S größer oder gleich 10 beträgt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche. 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß 70 bis 90 Gew.-% des viskosen Kohlenwasserstoffs in der großen Tropfengröße D_L ent halten ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Mischenergie zwi schen 60.000 und 150.000 J/m³ beträgt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Mischenergie, die zum Erhalten der bi modalen Emulsion mit einem Verhältnis von D_L zu D_S größer oder gleich 4 benötigt wird, zwischen 80.000 und 800.000 J/m³ beträgt.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Mischenergie, die zum Erhalten einer bimodalen Emulsion mit einer D_L-Partikelgröße von we niger oder gleich 30 µm notwendig ist, zwischen 80.000 J/m³ und 800.000 J/m³ beträgt.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der inaktive natürliche oberflä chenaktive Stoff im viskosen Kohlenwasserstoff aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Carbonsäuren, Phenolen, Estern sowie Mischungen davon besteht.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der viskose Kohlenwasserstoff eine gesamte Säurezahl von größer oder gleich 1 aufweist.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität der bimodalen Emulsion weniger oder gleich 500 mPa.s bei 30°C und 1 S^-1 Schergefälle beträgt.